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Schneidblatt
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Die Erfindung betrifft ein Schneidblatt, und zwar insbesondere ein
solches zum Schneiden von harten, jedoch spröden Materialien, wie etwa von Halbleitern
(beispielsweise Silizium und Germanium), von Quarz, Ferrit und Glas.
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Eine drastische Entwicklung der elektronischen Industrie in den vergangenen
Jahren hat einen Bedarf an extrem kleinen elektronischen Vorrichtungen oder Teilen
in großen Mengen hervorgerufen. Im allgemeinen wird bei der Herstellung elektronischer
Teile eine große Menge an Material in Stücke geschnitten und sodann geschliffen,
geläppt und weiter zu winzigen Teilen verarbeitet. Die Kosten bei der Herstellung
elektronischer Teile hängen in hohem Maße von der Geschwindigkeit und Genauigkeit
ab, mit der das Material geschnitten wird, sowie auch von der Menge an Materialverlust
beim Schneiden.
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Beim üblichen Schneidverfahren wird eine große Menge an Material in
eine geeignete Form gebracht und sodann mittels eines dünnen Schneidrades zertrennt,
an dessen Flächen Schleif-Körner aus Diamant, kubischem Bohrstickstoff (CBN) o.dgl.
befestigt sind. Verschiedene Schneidblätter kommen zur Anwendung. Zu ihnen gehören
solche mit am Außenumfang liegender Schneidkante, ferner sogenannte ID-Blätter (Innendurchmesserblätter),
hin- und hergehende Stahlbandblätter und mit hoher Geschwindigkeit umlaufende endlose
Bandsägen. Im Hinblick darauf, daß die zu schneidenden Materialien bei der Herstellung
elektronischer Teile in der Regel teuer und hochwertig sind sowie in sehr dünne
Stücke geschnitten werden müssen, soll ein Schneidblatt so dünn wie möglich sein,
um den Schnittverlust auf ein Minimum zu reduzieren und dadurch die Herstellungskosten
zu senken.
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Ein Schneidblatt mit am Außenumfang liegender Schneidkante besteht
aus einer Scheibe, an deren Außenumfang Schleif-Körner befestigt sind. Während des
Schneidvorganges läuft die Scheibe mit hoher Geschwindigkeit um. Zwar kann man ein
dünneres Schneidblatt erhalten, indem man eine dünnere Scheibe verwendet, jedoch
vermindert dies die Steifigkeit des Blattes und läßt letzteres durchbiegungsanfällig
werden, und zwar unter dem Widerstand, auf den das Blatt während des Schneidvorganges
stößt. Eine Durchbiegung des Blattes verhindert einen akkuraten Schnitt, und zwar
insbesondere dann, wenn eine große Materialmenge geschnitten werden soll.
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Ein sogenanntes ID-Blatt, das sich ganz besonders für Abtrennvorgänge
eignet, besteht aus einer dünnen Scheibe mit einem Mittelloch. Körner aus Diamant
etc. sind
galvanisch an der Innenkante der Mittelöffnung t)efestigt.
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Das ID-blatt wird zur L4:rzielung einer höheren .',teifikeit unter
Vorspannung gesetzt, und zwar in der gleichen Weise, wie man ein Fell über ein Ende
einer Trommel spannt. Zur Durchführung des Schneidvorganges wird das ID-Blatt in
schnelle Drehung versetzt.
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Zu den hin- und hergehenden Stahlbandblättern zahlt man zwei Typen,
nämlich den mit festen Körnern und den mit losen Körnern. Im Falle beider Blätter
wird ein dünnes Stahlband gespannt und zur Durchführung des Schnittes in hin- und
hergehende Bewegung versetzt. Eine mit hoher Geschwindigkeit umlaufende endlose
Bandsäge umfaßt ein StahL-band, dessen Enden miteinander verbunden sind und das,
während es fest gespannt über zwei Rollen geführt ist, mit hoher Geschwindigkeit
umläuft. Körner aus Diamant sind an der Unterseite des Stahlbandes befestigt.
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Zur Erzielung eines dünnen Blattes stellt die Galvanlsierung eine
vorherrschende Möglichkeit dar, um Schleif-Körner an den Flächen eines ID-Blattes,
eines mit festen Körnern versehnen, hin- und hergehenden Bandblattes und einer mit
hoher Geschwindigkeit umlaufenden, endlosen Bandsäge zu befestigen. Der Grund liegt
darin, daß die Galvanisierung keinerlei Wärmebehandlung, wie etwa Sintern oder Löten,
umfaßt, die zu einer Durchbiegung einer dünnen Grundplatte führen könnte. Als typisches
Beispiel dünner Schneidblätter, insbesondere zum Zertrennen von Siliziummaterial,
bringt ein ID-Blatt folgende Probleme mit sich: Figur 1 stellt einen Schnitt durch
ein gebräuchliches Schneidblatt dar, an dem Schleif-Körner durch Galvanisierung
befestigt sind. Im Falle eines ID-Blattes besteht eine
Grundplatte
1 aus rostfreiem Stahl mit einer Dicke von etwa 0,1 mm. Körner 2 aus Diamant etc.
sind mit der Grundplatte 1 verbunden und zwar durch ein galvanisiertes Nickel-Bindemittel
3. Da die Körner 2 lediglich in einer einzigen Lage angeordnet sind, ist die Lebensdauer
eines solchen Schneidblattes beendet, sobald die Körner 2 am inneren Ende abgenutzt
oder herausgebrochen sind. Folz'ich müssen die Schneidblätter für ein vorgegebenes
Arbeitssoll häufig ausgetauscht werden. Für die Größe der Schleif-Körner gilt folgendes.
Je grober die Körner, desto höher die Schneidgeschwindigkeit und desto länger die
Lebensdauer des Schneidblattes. Andererseits, je grober die Körner, desto größer
der Materialverlust, denn die Dicke des Schneidblattes ergibt sich aus der Dicke
der Grundplatte 1 zuzüglich dem doppelten Durchmesser der Schleif-Körner 2. Ferner,
je grober die Körner, desto rauher die Oberflächenbeschaffenheit. Im Hinblick auf
diese Faktoren sind die gebräuchlichen ID-B3.ätter mit Körner aus Diamant von 270
bis 400 mesh versehen, as einem Durchmesser von 40 bis 80 Mikron entspricht; die
Blätter besitzen eine Dicke von 0,23 bis 0,28 mm.
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Das zweite mit dem gebräuchlichen ID-Blatt verbundene Problem besteht
in folgendem: Da die Schleif-Körner in einer einzigen Schicht an der Innenkante
der Mittelöffnung befestigt sind, muß das ID-Blatt sorgfältig zentriert werden,
wenn es auf eine Schneidmaschine montiert wird.
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Anders als Räder mit Metall- oder Harzbindung, an denen eine dicke
Schicht aus Schleif-Körnern befestigt ist, kann das ID-Blatt nicht mehr durch Einrichten
zum genauen Fluchten gebracht werden, wenn es einmal auf einer Schneidvorrichtung
montiert ist. Dieses Ausfluchten erfordert ein hohes Maß an Fachkönnen und Zeitaufwand.
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Um die oben beschriebenen Nachteile auszuschalten, tragen einige ID-Blätter
an ihren Innenkanten Schleif-Körner in mehreren Lagen, wie es in Figur 2 dargestellt
ist.
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Auch bei dieser Art von ID-Blättern jedoch können die Schleif-Körner
höchstens in vier oder fünf Lagen angeordnet sein. Hinzu kommt, daß Schneidblätter,
deren Schleif-Körner galvanisch befestigt sind, eine extrem erhöhte Schleif-Korn-Dichte
gegenüber Blättern mit Metall- oder Harzbindung besitzen. Dies stellt einen beträchtlichen
Nachteil für Blätter mit Körnern in mehreren Schichten dar. Die Schneidlast, die
auf jedes Schleif-Korn übertragen wird, ist kleiner, so daß das Ausmaß an sogenannter
?selbst schärfung geringer ist. Hierunter versteht man, daß sich die Körner selbst
scharf halten, indem sie im Laufe des Schneidvorganges brechen. Hinzu kommt, daß
weger Ses kleineren Abstandes zwischen den Schleif-Körnern die Abnutzung des Bindematerials
geringer ist, so daß die Schleif-Körner weniger aus der Fläche des Bindemru-jals
vorstehen. Dies bringt eine schlechte Spanabfuhr na eine geringe Schneidölzufuhr
mit sich. Das Schneidblatt besitzt also eine größere Tendenz zu Uberlastungen und
benövlgt ein häufiges Abrichten, um die Schnittgenauigkeit aufrechtzuerhalten. Es
ist daher schwierig, ein solches ID-Blatt an eine automatische Schneidmaschine anzupassen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein dünnes und scharfes
Schneidblatt zu schaffen, welches die oben beschriebenen Nachteile beseitigt, eine
längere Lebensdauer besitzt und einfach zu tJundhaben ist. Ferner sollen die Schleif-Körner
mit größerer Festigkeit an die Grundplatte gebunden sein.
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Erfindungsgemäß wird ein Schneidblatt mit einer Grundplatte und daran
befestigten Schleif-Körnern geschaffen, welche dadurch gekennzeichnet ist, daß die
Grundplatte in ihren beiden Seiten eine Mehrzahl von Ausnehmungen aufweist und daß
die Schleifkörner an der Grundplatte in den Ausnehmungen befestigt sind.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden
Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit der beiliegenden
Zeichnung.
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Die Zeichnung zeigt in: Figur 1 einen Schnitt durch ein gebräuchliches
Schneidblatt; Figur 2 in gleicher Darstellung ein weiteres gebräuchliches Schneidblatt;
Figur 3 eine perspektivische Teilansicht einer Grundplatte für ein Schneidblatt
nach der Erfindung; Figur 14 eine abgebrochene Seitenansicht eines weiteren erfindungsgemäßen
Ausführungsbeispiels einer Grundplatte; Figur 5 bis 8 Schnittdarstellungen von bevorzugten
Ausführungsformen nach der Erfindung; Figur 9 in vergrößertem Maßstab einen Schnitt
entlang der Linie IX-IX in Figur 5; Figur 10 bis 12 Schnittdarstellungen weiterer
erfindungsgemäßer Ausführungsbeispiele;
Figur 13 und 14 Grundrisse
weiterer erfindungsgemäßer Ausführungsformen.
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Nach Figur 3 weist das Schneidblatt nach der Erfindung eine Grundplatte
4 auf. Diese Grundplatte trägt in ihrer oberen Seite Ausnehmungen 5a, 5b.... und
in ihrer unteren Seite Ausnehmungen 6a, 6b > wobei letztere mit ersteren abwechseln.
Die Tiefe der Ausnehmungen liegt bei mindestens 50 %, vorzugsweise bei 75 % der
Dicke der Grundplatte 4.
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Allerdings sollen die Ausnehmungen nicht so tief sein, daß die Festigkeit
der Grundplatte 4 nicht mehr aufrechterhalten werden kann. Die Ausnehmungen können
durch Photoätzen oder elektrische Entladung hergestellt werden. Wenn die Tiefe der
Ausnehmungen mehr als 50 % der Dicke der Grundplatte 4 beträgt, bedeutet dies, daß
es einen gewissen Abstand r gibt, um den sich die Ausnehmungen 5a, 5b.... mit den
Ausnehmungen 6a, 6b... überlappen.
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Die Breite w und die Länge 1 jeder Ausnehmung können frei gewählt
werden. Der Abstand d zwischen benachbarten Ausnehmungen sollte unter gehöriger
Berücksichtigung der Festigkeit der Grundplatte 4 bestimmt werden.
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Zwar wechselt gemäß Figur 3 jede Ausnehmung in der Oberseite der Grundplatte
mit jeder Ausnehmung in deren Unterseite ab, jedoch besteht nach Figur 4 auch die
Möglichkeit, daß jeweils zwei Ausnehmungen in der Oberseite mit jeweils zwei Ausnehmungen
in der Unterseite abwechseln. Der Hauptgesichtspunkt ist, daß die Nuten in der Oberseite
relativ zu denen in der Unterseite gleichmäßig und gleichförmig verteilt sein sollen.
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Gemäß Figur 5 sind Schleif-Körner 7, deren Größe die Tiefe der Nuten
etwas übersteigt, galvanisch mit letzteren verbunden, so daß jedes Korn um einen
Abstand c über die Fläche der Grundplatte vorsteht. Dadurch werden die Flächen der
Grundplatte während des Schneidvorganges außer Berührung mit dem zu schneidenden
Werkstück gehalten, und es wird für störungsfreie Spanabfuhr und Schneidölzufuhr
gesorgt.
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Nach Figur 6 sind Schleif-Körner 8, deren Korngröße kleiner als die
Tiefe der Ausnehmungen ist, in mehreren Lagen galvanisch mit den Ausnehmungen verbunden.
Einige der Schleif-Körner 8, die die äußerste Schicht bilden, stehen über die Fläche
der Grundplatte 4 vor.
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Figur 7 zeigt ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel nach der
Erfindung. Zuerst werden Schleif-Körner 9, deren Korngröße kleiner als die Tiefe
der Ausnehmungen ist, galvanisch mit letzteren verbunden. Sodann werden Schleif-Körner
10, deren Korngröße kleiner als die der Schleif-Körner 9 ist, galvanisch ueber letzteren
angeordnet, so daß die Schleif-Körner 10 über die Fläche der Grundplatte 14 vorstehen.
Die Oberflächengüte wird weniger rauh Dank der geringeren Korngröße der Schleif-Körner
10.
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Figur 8 zeigt ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel nach der
Erfindung. Schleif-Körner 11, deren Korngröße etwa der Tiere der Ausnehmungen entspricht,
werden galvanisch in letzteren angeordnet, und zwar so, da3 die Schleif-Körner 11
fast an der Fläche der Grundplatte 4 erscheinen können. Andererseits werden kleinere
Schleif-Körner 12 auf diejenigen Abschnitte jeder Seite der Grundplatte aufgebracht,
die in der Mitte zwischen benachbarten
Ausnehmungen liegt, um die
Seiten der Grundplatte außer Berührung mit dem zu schneidenden Werkstück zu halten
und dadurch das Aussehen der Werkstückfläche zu verbessern.
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Bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Schneidblätter wird auf letztere
eine beträchtliche Zugspannung in Richtung F-F' (Figur 6) ausgeübt, um an der Blattkante
ein ausreichendes Maß an Steifigkeit für einen genauen, leistungsfähigen Schnitt
zu erzeugen und das Schneidblatt am Durchbiegen unter der Wirkung des Schnittwiderstandes
zu hindern. Je größer die Spannung, desto besser die zu erwartenden Schneidergebnisse.
Bei ID-Blättern beispielweise wird die Spannung in der Regel bis kurz vor die Bruchgrenze
der Grundplatte erhöht.
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Wird beispielsweise im Falle der Ausführungsform nach Figur 6 Nickel
als Bindemittel verwendet, sc besitzt das galv-nisch niedergeschlagene Nickel-Bindemittel
die Tendenz, sich an den Seiten S und S' jeder Nut von der Grundplatte abzulösen,
wenn eine zu große Spannung aufgebracht wird.
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Als Folge besitzt die Grundplatte eine kleinere wirksame Dicke d im
Vergleich zu ihrer ursprünglichen Dicke t. Die Grundplatte neigt zum Bruch in einem
solchen dünneren Bereich. Dies verhindert das Anlegen einer ausreichenden Spannung.
Aus den obigen Gründen ist es äußerst wichtig, der Verbindung zwischen der Grundplatte
und der Bindemittelschicht eine hohe Festigkeit zu verleihen.
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Nach Figur 10, die ein weiteres erfindungsgemäßes Ausf4hrungsbeispie5
zeigt, ist ein Schneidblatt mit einer Grundplatte versehen, die eine Mehrzahl von
Ausnehmungen 20 auf ihren beiden Seiten trägt, wobei diese Ausnehmungen
einen
vertieften Abschnitt mit einer Tiefe von mindestens 50 S der Plattendicke und ein
Paar von flachen Abschnitten mit einer Tiefe von weniger als 50 % der Plattendicke
zu beiden Seiten des vertieften Abschnitts umfassen. Schleif-Körner sind in jeder
der Ausnehmungen in deren vertieften Abschnitten befestigt. Die Hinzufügung solcher
flachen Ausnehmungsabschnitte erhöht die Kontaktfläche zwischen dem Bindemittel
und der Grundplatte, was zu einer Erhöhung der Bindefestigkeit führt. Das Schneidblatt
kommt also in die Lage, einer größeren Zugspannung als vorher standzuhalten.
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Die Breite und die Tiefe jedes flachen Ausnehmungsabschnitts können
unter Berücksichtigung der Zugfestigkeit des Bindemittels bestimmt werden. Die flachen
Ausnehmungsabschnitte sollten vorzugsweise einen rauhen und keinen ebenen Boden
haben, um eine hohe Bindefestigkeit sicherzustellen. Andere Querschnittsformen sind
möglich, wie es die Figuren 11 und 12 zeigen.
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Gemäß Figur 11 umfaßt ein Schneidblatt eine Grundplatte mit einer
Mehrzahl von Ausnehmungen 21, die stufenförmige Seiten aufweisen, welche in Richtung
auf die Fläche der Grundplatte abfallen. Dieses Ausführungsbeispiel bIetet eine
höhere Bindefestigkeit als das nach Figur 10.
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Nach Figur 12 umfaßt ein Schneidblatt eine Grundplatte mit einer Mehrzahl
von Ausnehmungen 22, deren Querschnitt trapezförmig ist wobei die Seiten gegen die
Fläche der Grundplatte abfallen. Wenn man die Anzahl der Stufen bei der Ausführungsform
nach Figur 11 unendlich erhöht, so kommt man zu der Ausführungsform nach Figur 12.
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Gernäß Figur 13, die einen Grundriß eines weiteren erfindungsgemäßen
Ausführungsbeispiels darstellt, besitzt das Schneidblatt eine mehrzahl von Ausnehmungen
in seinen beiden Seiten, wobei die Ausnehmungen, von oben gesehen, halbkreisförmig
oder napfförmig sind, anstatt eine rechtwinklige Form wie bei den vorher beschriebenen
Ausführungsbeispielen zu besitzen. Je größer der Krümmungsradius R und je kleiner
die Breite u der Ausnehmung und je kleiner der Winkel α bezüglich der Kante
des Schneidblattes, desto geringer die Möglichkeit, daß sich die Bindeschicht von
der Grundplatte ablöst, wenn das Schneidblatt einer Zugkraft in den Richtungen F,
F' unterworfen wird.
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In ähnlicher Weise ist die Ausführungsform nach Figur 14 mit einer
Mehrzahl von Ausnehmungen versehen,die, von oben betrachtet, eine trapezförmige
Gestalt besitzen. Je kleiner der Winkel 4 bezüglich der Blattkante, desto kleiner
die Möglichkeit für eine Ablösung.
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Allgemein gilt folgendes: Wenn zwei stabförmige Teile stirnseitig
miteinander verbunden werden, so soll de Verbindungs- und Klebefläche geneigt und
nicht rechtwinklig zur Achse der beiden Teile verlaufen, um die Größe der BindeSläche
zu erhöhen und dadurch eine hohe Bindefestigeit sicherzustellen. Aus diesen Gründen
ergeben die Ausführurgsformen nach Figur 13 und 14 eine höhere Bindefestigkeit als
die Ausführungsformen mit Ausnehmungen, die, von oben gesehen, eine rechtwinklige
Gestalt haben.
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Das Schneidblatt nach der Erfindung bringt folgende Vorteile mit sich:
1. Das bkannte Schneidblatt mit galvanisch angelagert n Körnern hat lediglich eine
kurze Lebensdauer, da e-S mit nur 1 bis 5 Schleif-Körnern an seiner Kante versehen
ist, wie es die Figuren 1 und 2 zeigen. Demgegenüber besitzt
das
Schneidblatt nach der Erfindung eine wesentlich längere Lebensdauer, da es eingesetzt
werden kann, bis sämtliche in die Grundplatte eingebetteten Schleif-Körner bis zum
letzten Korn 15 (Figur 9) abgenutzt sind.
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2. Da die Schleif-Körner in die Grundplatte eingebettet sind, kann
die Gesamtdicke des Schneidblattes auf ein Minimum reduziert werden, selbst wenn
große Schleif-Körner verwendet werden. Dies führt dazu, daß sich auch der Materialverlust
beim Schneiden auf ein Minimum reduziert und daß hohe Schnittgeschwindigkeiten verwendet
werden können.
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3. Eine gute Spanabfuhr und Schneidölzufuhr werden dadurch sichergestellt,
daß große oeffnungen zwischen den Flächen der Grundplatte und denen des Werkstücks
verbleiben und daß die Fläche der Schleif-Körner diskontinuierlich mit der Fläche
des Werkstücks in Berührung tritt. Daher besteht kaum die Möglichkeit, daß das Werkstück
am Schneidpunkt heißläuft und sich verwirkt. Dies gewährleistet hohe Schnittgenauigkeit,
reduziert die wärmebeeinträchtigte Zone und die Belastung auf ein Minimum und gestattet
einen Hochgeschwindigkeitsschnitt.
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4. Wie in den Figuren 7 und 8 gezeigt, kann das Schneidblatt nach
der Erfindung mit Schleif-Körnern unterschiedlicher Größen versehen sein, die unterschiedlichen
Zwecken zugeordnet sind. Die groben Körner 9 und 11, die in der Tiefe der Ausnehmungen
sitzen, dienen hauptsächlich der Erzielung einer hohen Schnitt leistung. Die geschnittene
Fläche des Werkstücks wird geschliffen, und die Oberflächengüte wird durch die keinen
Schleif-Körner 10 und 12
besser, die auf der Fläche der Grundplatte
sitzen. Man erzielt also sowohl eine hohe Schnittgeschwindigkeit und eine verbesserte
Oberflächengüte.
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5. Die Leichtigkeit, mit der das Schleif-Korn 13 am rechten Ende der
Grundplatte nach Figur 9 herausfallen kann, läßt sich durch Änderung der Dicke der
Bindeschicht 14, mit der die Schleif-Körner in der Ausnehmung befestigt sind, einstellen.
Dies bedeutet, daß sich die "Selbstschärfung" des Schneidblattes einstellen läßt
und daß das Einrichten und Abrichten des Schneidblattes zu einfachen Vorgängen werden.
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6. Auch wenn das Schneidblatt nach der Erfindung als ID-Blatt ausgebildet
ist, kann es in einfacher Weise eingerichtet und abgerichtet werden, nachdem es
auf einer Schneidmaschine befestigt ist. Man muß daher nicht auf akkurates Fluchten
achten, wenn man das Schneidblatt auf einem Schneidwerkzeug montiert.
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Obwohl die bevorzugten Ausführungsformen ID-Blätter sind, läßt sich
die Erfindung auch auf Blätter mit am Umfang liegender Schneidkante, hin- und hergehende
Bandblätter mit festen Körnern, mit hoher Geschwindigkeit umlaufende endlose Bandsägen
etc. anwenden.
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Vorstehend wurden einige wenige Ausführungsformen nach der Erfindung
beschrieben. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß es sich dabei lediglich um bevorzugte
Ausführungsbeispiele handelt, die in vielfältiger Weise abgewandelt werden können.